Dissertação

{en_GB=Position estimation based on single pseudo-range measurements with unknown clock offset} {} EVALUATED

{pt=O mundo moderno depende de várias aplicações que utilizam veículos autónomos. Um constante desafio é a melhoria do desempenho e dos custos dos seus sistemas de localização. Esta dissertação aborda o problema de estimação de posição através de uma medida de pseudo-distância. É considerado um sistema de localização acústica para um veículo autónomo subaquático. Assume-se one-way travel-time (OWTT), existindo um desvio entre os relógios do emissor e do recetor. São considerados dois casos: um em que se assume ter acesso à velocidade do veículo e um em que esta só é dada em relação à velocidade do fluído. São projetados filtros contínuo-discreto para cada caso, de modo a obter as estimativas pretendidas. No primeiro caso, estimam-se a posição do veículo e o desvio dos relógios através de três soluções: um extended Kalman filter, um unscented Kalman filter e um filtro de Kalman linear com um estado aumentado. A análise das soluções obtidas é complementada pelas simulações de Monte Carlo, que se realizam de modo a comparar os resultados da raiz do erro quadrático médio (RMSE) de cada filtro, entre si e com o Bayesian Crámer-Rao bound (BCRB). No segundo caso, obtêm-se estimativas para a posição e velocidade do veículo, bem como para o desvio dos relógios. A abordagem escolhida passa pela obtenção de resultados preliminares usando um extended Kalman filter. O seu desempenho é analisado através de ensaios simulados e complementado pelas simulações de Monte Carlo, que se realizam de modo a comparar o RMSE do filtro com o BCRB., en=The modern world is dependent on many applications that require the use of autonomous underwater vehicles (AUV). Thus, research into the improvement in performance and cost constraints for positioning systems related to these agents is constantly necessary. This thesis addresses the problem of position estimation based on single pseudo-range measurements. An acoustic positioning system for an AUV is considered. A one-way travel-time (OWTT) setting with an offset between the emitting and receiving clocks is assumed. Two cases are considered: one with known vehicle velocity and one where the velocity is only given in relation to the velocity of the surrounding fluid. Continuous-discrete filters are designed to obtain the desired estimates. In the first case, position and bias estimates are obtained with three different solutions: the extended Kalman filter, the unscented Kalman filter, and a linear Kalman filter with an augmented state. The performances are assessed via simulation results and complemented by a thorough analysis with Monte Carlo simulations, which provide a comparison between the root mean square error (RMSE) of each of the three filters, and these with the Bayesian Crámer-Rao bound (BCRB). In the second case, position, velocity, and bias estimates are obtained. The chosen approach is to secure preliminary results through the use of the extended Kalman filter, for which the performance is assessed via simulation results. The solution analysis is complemented with Monte Carlo simulations, which are carried out in order to compare the RMSE performance with the BCRB.}
{pt=localização subaquática, veículos autónomos subaquáticos, medida de pseudo-range, filtro de Kalman, sistema aumentado, en=underwater navigation, autonomous underwater vehicles, pseudo-range measurement, Kalman filter, augmented system}

Janeiro 13, 2021, 10:0

Orientação

ORIENTADOR

Pedro Tiago Martins Batista

Departamento de Engenharia Electrotécnica e de Computadores (DEEC)

Professor Auxiliar