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Dissertação

{pt_PT=GNSS-based Attitude Estimation using Single Baseline} {} EVALUATED

Detalhes: {pt=Esta dissertação foca-se no desenvolvimento, implementação e validação preliminar de um algoritmo de estimação de atitude baseado em Sistemas Globais de Navegação por Satélite (GNSS, de Global Navigation Satellite Systems), adequado para aplicações de navegação. O problema é primeiramente definido usando uma formulação de mínimos quadrados, da qual segue uma decomposição ortogonal típica deste tipo de problema de minimização não-linear com restrições de números inteiros. A solução proposta combina um filtro de Kalman estendido, guiado por medições de um giroscópio, com um método de determinação de ambiguidades inteiras atual, focando a maneira como estes são fundidos. Posteriormente, estuda-se a observabilidade do filtro recursivo usando o modelo linearizado do sistema. Destaca-se o estudo do caso onde são utilizadas apenas duas antenas GNSS. Tratando-se de um problema não trivial, são efetuadas validações adicionais experimentalmente. A solução é então validada em cenários realistas, usando dados quer simulados quer obtidos experimentalmente. É apresentada uma visão global do software de pós-processamento implementado, junto com o ambiente de simulação desenvolvido e o equipamento usado durante os ensaios experimentais. Após uma breve descrição dos ensaios realizados, são apresentados os respetivos resultados e conclusões chave acerca da percentagem de sucesso da determinação de ambiguidades inteiras e consequente precisão da atitude estimada. Novamente, é realçada a análise do uso de apenas duas antenas GNSS. Por último, são enumerados os aspetos que não foram abordados devido à complexidade deste trabalho, os quais são sugeridos para um possível trabalho futuro., en=This work deals with the development, implementation and preliminary validation of a Global Navigation Satellite Systems (GNSS)-based attitude estimation algorithm suitable for navigation applications. The problem is first formulated in a least-squares sense, from which follows an orthogonal decomposition typical to this type of nonlinear minimization problem with integer constraints. The proposed solution combines an Extended Kalman Filter (EKF), fed by gyroscope measurements, with a state of the art integer ambiguity determination method, with special focus given to how these are joined. Then, some insight on the observability of the recursive filter is provided, using a linearized model of the system. The scenario where only two GNSS antennas are used is highlighted. Being a non-trivial topic, further validations are performed experimentally. The solution is then validated in realistic scenarios using both simulation and experimental data. An overview of the implemented post-processing software is given, along with the developed simulation environment and hardware setup used during the experimental trials. Following a brief description of the performed trials, the respective results and key conclusions about the success rate of integer ambiguity determination as well as the consequent attitude estimation accuracy are then presented. Once again, the evaluation of the single baseline case is emphasized. Lastly, the issues that could not be tackled due to the complexity of this work and remain for future work are enumerated.}
Keywords: {pt=Estimação de atitude, GNSS, Resolução de ambiguidades, Filtragem, Fusão sensorial, en=Attitude estimation, GNSS, Ambiguity resolution, Filtering, Sensor fusion}

Discussão: janeiro 26, 2021, 13:30