Desarrollo de una aplicación de posicionamiento GNSS para su integración en UAVs

Abstract

Los drones se encuentran cada vez más integrados en la vida diaria de las personas. Desde usos industriales como la inspección de líneas de alta tensión o refinerías, pasando por aplicaciones de reconocimiento aéreo como las operaciones de búsqueda y rescate en desastres natural, hasta llegar a un uso recreativo de los mismos, como la grabación de eventos o los espectáculos lumínicos. Uno de los campos en los que el uso de drones autónomos tiene un gran prospecto es en el envío de paquetería y mercancías en entornos urbanos y remotos. Para poder navegar en dichos entornos, el dron necesita conocer su posición GNSS en todo momento, además del punto al que debe desplazarse para realizar la entrega. Dicha localización se obtiene de receptores que indicar directamente la posición del dron en latitud y longitud. Sin embargo, a la hora de implementar algoritmos de posicionamiento junto a otros sensores, esa posición devuelta por el receptor no puede ser utilizada, ya que los algoritmos requieren la posición del dron sin ningún tipo de filtrado adicional, ya que estos se implementarán dentro del propio algoritmo de posicionamiento. El objetivo de este Trabajo Fin de Grado es el de desarollar una aplicación en C++ que obtenga de un receptor una serie de medidas denominadas pseudorangos, que son la distancia aparente entre cada satélite y el receptor, y a través de ellos aplicar un algoritmo de posicionamiento que sea capaz de la posición instantánea del dron sin aplicar ningún filtro o post-procesado extra al posicionamiento. Una vez desarrollado, se comprobarán los resultados obtenidos realizando distintas pruebas de vuelo con el receptor tomando datos abordo de un dron. Se probarán distintas soluciones a la ecuación de posicionamiento, incluyendo un método de ajuste por mínimos cuadrados ponderados.

Drones are increasingly integrated into people’s daily lives. From industrial uses such as the inspection of power lines or refineries, through aerial reconnaissance applications such as search and rescue operations in natural disasters, to recreational uses such as the recording of events or light shows. One of the fields in which the use of autonomous drones has great prospects is in the delivery of parcels and goods in urban and remote environments. In order to navigate in such environments, the drone needs to know its GNSS position at all times, as well as the point to which it must travel to make the delivery. This location is obtained from receivers that directly indicate the drone’s latitude and longitude. However, when it comes to implementing localization algorithms fused with other sensors, this position returned by the receiver isn’t suitable, due to the algorithm requiring the position of the drone without any additional filtering, which will be implemented when fusing the localization obtained with other sensors. The objective of this Project is to develop a C++ application that obtains from a receiver a series of measurements called pseudoranges, which are the apparent distance between each observed satellite and the receiver, and feed them to the localization algorithm which should be able to obtain the instantaneous position of the drone without applying any extra filtering or post-processing to the positioning itself. Once developed, the application will be verified by performing different flight tests with the receiver taking data onboard a drone. Different solutions to the positioning equation will be tested, including a weighted least squares fitting method.